吉武龍

(甘肅省靜寧縣第一中學(xué) 743400)

2019年教育部考試中心頒發(fā)了《中國高考評價體系》，該體系針對新高考分別從一核、四層、四翼三個方面提出新的要求，其中四層包括核心價值，學(xué)科素養(yǎng)，關(guān)鍵能力，必備知識.物理觀念作為物理學(xué)科素養(yǎng)之一，要求學(xué)生形成經(jīng)典物理體系中的物質(zhì)觀、運(yùn)動觀、能量觀、相互作用觀，并且能用來解釋自然現(xiàn)象和解決實(shí)際問題.物質(zhì)觀，即物質(zhì)客觀存在的性質(zhì)，不依賴于人的感覺而存在.另外，解決問題的方法，往往蘊(yùn)藏于問題本身，因此，我們要解決問題，必須清楚研究的問題是什么，研究的物體，即對象是誰.比如摩擦力方向的判斷，電場性質(zhì)的研究，電路動態(tài)分析中最大功率的計(jì)算，熱學(xué)中變質(zhì)量問題的相關(guān)計(jì)算等，都是中學(xué)物理學(xué)習(xí)中的難點(diǎn)和易錯點(diǎn)，學(xué)生往往學(xué)的似懂非懂.下面以這些問題為例，利用物質(zhì)觀分析并解決學(xué)生學(xué)習(xí)中的困惑和易錯點(diǎn).

1 物質(zhì)觀在判斷摩擦力方向中的應(yīng)用

必修一教材中通過大量實(shí)驗(yàn)證明“摩擦力方向與物體的相對運(yùn)動方向或相對運(yùn)動趨勢方向相反”，但是學(xué)生在具體應(yīng)用時，往往會犯難，尤其是在傳送帶問題或者滑板物塊模型中分析摩擦力方向時，不會分析甚至得到相反的答案.

如圖1所示，傳送帶以速度v順時針勻速傳動，物塊無初速度地放在傳送帶上，根據(jù)滑動摩擦力方向的判斷方法，物塊受傳送帶的摩擦力方向和物體相對傳送帶的運(yùn)動方向相反，從而得到物塊受傳送帶的摩擦力方向向右.解決這類問題的關(guān)鍵是先根據(jù)問題選擇研究對象.

圖1 圖2

在圖2所示的情境中，傳送帶逆時針勻速傳動，物塊輕輕的放在傳送帶上，物塊相對傳送帶是沿斜面向上運(yùn)動，得出物塊所受傳送帶的摩擦力方向沿斜面向下.

例1 判斷圖3中物塊受地面的摩擦力方向.

圖3

解析解題時心中只有物塊，摒棄所有的干擾因素，由于三個情景中物塊相對于地面都是向右運(yùn)動，且物塊受地面的摩擦力方向與物塊與地面的相對運(yùn)動方向相反，因此物塊受地面的摩擦力方向均向左.

2 物質(zhì)觀在電場性質(zhì)學(xué)習(xí)中的應(yīng)用

3 物質(zhì)觀在計(jì)算電阻功率中的應(yīng)用

在解決電路的動態(tài)分析問題中，計(jì)算可變電阻的最大功率是一個難點(diǎn)，常用等效法解決.

例2如圖4閉合回路中，電源內(nèi)外電壓之和為E、電池內(nèi)部阻值為r，和一個定值電阻及滑動變阻器串聯(lián)，已知R0=r，滑動變阻器的最大阻值是2r.若滑動變阻器的滑片從最左邊向右滑動，以下選項(xiàng)合理的是( ).

圖4

A.電源的輸出功率先變小后變大

B.電源的輸出功率先變大后變小

C.滑動變阻器消耗的功率變小

D.定值電阻R0上消耗的功率先變大后變小

4 物質(zhì)觀在物理量確定中的應(yīng)用

牛頓第二定律F=ma，公式的形式很簡單，但在實(shí)際應(yīng)用中，學(xué)生犯錯也比較多，錯誤的原因也很相似，就是當(dāng)題目情境中的物體有兩個及以上時，容易張冠李戴.結(jié)合物質(zhì)觀，我們首先確定要研究的物體m，在此基礎(chǔ)上，受力分析也只對選的m進(jìn)行受力分析，加速度a也只針對選的m進(jìn)行求解，從而做到一一對應(yīng)便不會出錯.

5 物質(zhì)觀在變質(zhì)量問題中的應(yīng)用

高中物理中涉及變質(zhì)量的問題主要包括熱學(xué)中氣體計(jì)算類問題和動量中的流體類問題.熱學(xué)計(jì)算中常見的研究對象是活塞和氣體，如果是活塞，質(zhì)量不變，題目類型相當(dāng)于靜力學(xué)或者動力學(xué)問題，學(xué)生比較容易解決.當(dāng)研究對象是氣體，尤其當(dāng)氣體質(zhì)量發(fā)生變化時，由于熱學(xué)中的所有定律都只適用于質(zhì)量不變的氣體，學(xué)生常常對此束手無策.現(xiàn)就此類典型問題應(yīng)用物質(zhì)觀加以舉例分析.

在充氣放氣問題中，氣體從容器中放出來后，由于擴(kuò)散，造成前后質(zhì)量發(fā)生變化，學(xué)生在解題時找不到該選擇哪部分進(jìn)行研究而困惑.從物質(zhì)觀角度分析的話，如果是放氣問題，那么氣體初始狀態(tài)對應(yīng)的是一整個容器中的氣體，因此放出的氣體在后續(xù)的問題中也需要考慮，可以假想出而不走，從而正確選擇了研究對象且保持不變.如果是充氣問題，由于氣體最終的狀態(tài)對應(yīng)的也是一整個容器，而整個容器中的氣體是不斷充進(jìn)去的，所以在選擇研究對象時需要將容器中原來的氣體和每次充的氣體整體作為研究對象.

在動量章節(jié)中，粒子流和液體流等流體類問題的質(zhì)量都是連續(xù)變化的，和學(xué)生形成的恒質(zhì)量問題的思維慣性不一致，導(dǎo)致研究對象無從選起，形成學(xué)習(xí)中的一大難點(diǎn).為了突破該難點(diǎn)，也應(yīng)該教學(xué)生建立物質(zhì)觀.由于該類問題大多是求解接觸面上的沖擊力大小，而該沖擊力是接觸力，雖然液體是連續(xù)不斷流動的，但是在該問題中，真正產(chǎn)生作用的只是和作用面接觸的一小部分液體沖擊造成的，因此我們?nèi)O短時間Δt內(nèi)的一小段液體或者微粒進(jìn)行研究，已知速度是v，密度是ρ，接觸面積s，可以求出Δt時間內(nèi)對應(yīng)的液體質(zhì)量為Δm=ρvsΔt，從而可以化變質(zhì)量問題為恒質(zhì)量問題，使問題得以簡化.

6 物質(zhì)觀可以幫助我們正確地分析生活現(xiàn)象

樹立良好的物質(zhì)觀，可以幫助人們理性地分析生活現(xiàn)象，不會盲目的輕信謠言.如圖5，在某次軍事演習(xí)活動時，有視頻拍到某架飛機(jī)后邊出現(xiàn)了一個不明物體，就有謠言稱不明物體是從飛機(jī)上掉落的艙門.后來有物理學(xué)者從物質(zhì)觀的角度分析并辟謠，如果此物體真的是從飛機(jī)掉落的艙門或其他物體的話，那么在掉落以前，該物體和當(dāng)時勻速飛行的飛機(jī)保持相對靜止，掉落后該物體由于慣性，該物體在水平方向繼續(xù)做勻速直線運(yùn)動和飛機(jī)保持相對靜止，不可能落到飛機(jī)后面去.后來事實(shí)證明視頻中的小黑點(diǎn)不是從飛機(jī)上掉落的物體，而是一架無人拍攝機(jī).

圖5

由以上幾個事例可知，作為學(xué)習(xí)物理的學(xué)生，在學(xué)習(xí)生活中，需要形成良好的物質(zhì)觀，時時做到眼中有具體確定的物，才能做到心中有所思.只有形成良好的物質(zhì)觀念，在分析生活現(xiàn)象、分析物理問題中才不會因偏離方向而感到困惑，從而達(dá)到精準(zhǔn)解決問題的目的.